Dans la présente étude, nous avons examiné l’effet d’une charge volumique intraveineuse aiguë de 0.9% de solution saline, de solution saline à 3% et de perfusions de glucose isotonique sur u-AQP2 et u-ENaCγ dans une étude randomisée et croisée de sujets sains. Le but était d’évaluer l’activité de transport via les canaux hydriques de l’aquaporine 2 et les canaux sodiques épithéliaux dans les principales cellules de la partie distale du néphron.
Pendant la perfusion et dans la période immédiatement après, des changements physiologiques adaptatifs ont lieu dans la fonction rénale et les hormones vasoactives. Ainsi, on pourrait s’attendre à ce que les principaux changements dans les variables d’effet se produisent après la perfusion. Dans la présente étude, nous avons porté une attention particulière aux changements des variables d’effet dans la dernière période post-infusion (Post-infusion 210-240), c’est-à-dire 60-90 minutes après l’arrêt de la perfusion. Pendant cette période, l’u-AQP2 a augmenté après la perfusion de solution saline hypertonique et isotonique et a diminué après la perfusion de glucose. Dans le même temps, u-ENaCγ a augmenté après la perfusion de solution saline hypertonique et est resté inchangé après la perfusion de solution saline isotonique et de glucose.
U-AQP2 après perfusion de solution saline hypotonique et isotonique et de glucose isotonique
L’aquaporine-2 (AQP2) est située dans les cellules principales du canal collecteur et est exprimée dans la membrane plasmique apicale . La vasopressine (AVP) régule l’AQP2 en se liant aux récepteurs V2 de la membrane basolatérale, . L’exposition à court terme à l’AVP provoque le trafic et l’insertion des vésicules intracellulaires, contenant l’AQP2, vers la membrane apicale et augmente la perméabilité et l’absorption de l’eau. La régulation à long terme se produit sur une période de quelques heures à quelques jours, et est causée par la transcription de gènes régulés par l’AVP, ce qui entraîne une augmentation de l’abondance de l’AQP2 dans les cellules entières. Des expériences menées sur des rats ont montré que la perfusion de dDAVP augmente l’u-AQP2 . Ce résultat est cohérent avec l’idée que l’augmentation de l’acheminement des canaux AQP2 vers la membrane apicale entraîne une excrétion accrue d’AQP2 après stimulation par l’AVP. Environ 3 % des AQP2 dans le canal collecteur sont excrétés dans l’urine, mais les mécanismes sous-jacents sont inconnus.
L’expansion du volume avec une solution saline hypertonique à 3 % augmente l’osmolarité du plasma au-delà du seuil des osmorécepteurs hypothalamiques, déclenchant la libération d’AVP et une augmentation ultérieure de l’u-AQP2. Saito et al ont trouvé une relation significative entre l’excrétion urinaire d’AQP2 et de p-AVP chez des sujets sains après une perfusion de solution saline hypertonique à 5%. Pedersen et al ont trouvé une corrélation positive entre u-AQP2 et p-AVP pendant 24 heures de privation d’eau et après une infusion de solution saline hypertonique à 3%. Ainsi, des études antérieures chez l’homme ont démontré que l’activité des canaux aqueux AQP2 peut être déterminée en mesurant l’u-AQP2 . De manière surprenante, Baumgartner et al n’ont trouvé aucun changement dans l’u-AQP2 après une infusion de NaCl à 2,5 % chez des volontaires sains, malgré une augmentation significative de l’osmolarité de l’urine et de l’AVP . Cependant, la charge hydrique orale était 3-4 fois plus élevée avant la perfusion par rapport à notre étude. Ainsi, l’importante charge hydrique avant la perfusion pourrait avoir annulé les effets stimulants de la solution saline hypertonique. Comme prévu, notre étude a montré que l’u-AQP2 augmentait après l’administration de 3 % de NaCl avec une augmentation correspondante de l’osmolarité de l’urine et une réduction du CH2O. Ainsi, nos résultats indiquent une augmentation de la réabsorption d’eau via les canaux d’eau aquaporine-2 dans les tubules distaux. Avant l’augmentation de u-AQP2, il y a eu une augmentation abrupte de p-osm et de p-AVP induite par la perfusion de solution saline hypertonique. Des études animales ont montré que l’hypertonicité peut provoquer une régulation à la hausse de l’expression de l’AQP2 dans la membrane apicale, comparable à celle obtenue par l’AVP seul. On ne peut exclure que cela puisse jouer un rôle actif dans l’augmentation de l’excrétion de u-AQP2. Plus probablement, l’augmentation de la réabsorption d’eau a été médiée par une augmentation de la p-AVP. L’u-AQP2 a continué à augmenter tout au long de la journée d’examen, ce qui suggère que les canaux AQP2 sont restés insérés et actifs dans la membrane apicale en raison des actions de la p-AVP élevée.
La perfusion de solution saline isotonique déprime la réabsorption fractionnelle d’eau et de sel dans les tubules proximaux chez les animaux . Dans la présente étude, la perfusion de NaCl à 0,9 % a provoqué la même réponse dans l’u-AQP2, l’u-osm et le CH2O que la perfusion de NaCl à 3 %, mais dans une moindre mesure. Il y a eu une légère augmentation du p-osm jusqu’à un niveau maximum de 286 mosmol/kg correspondant à une augmentation de 0,5 %. Cette augmentation est inférieure au seuil des osmorécepteurs, et nous n’avons pas observé, ni attendu, de changement significatif de la p-AVP. Par conséquent, l’AVP ne pourrait pas être le principal régulateur de l’AQP2 pendant l’administration de NaCl 0,9 %. Très probablement, l’augmentation du transport d’eau par l’AQP2 est un phénomène compensatoire pour contrer une diminution de l’absorption rénale d’eau dans les tubules proximaux, qui se produit après une expansion isotonique du volume. Le mécanisme pourrait être dû à une augmentation de l’activité du système des peptides natriurétiques.
L’infusion de glucose à 5% provoque une expansion volumique distribuée dans toutes les phases liquides du corps avec seulement une très petite augmentation du volume plasmatique. Ceci est illustré par les mesures de l’albumine plasmatique, dont les concentrations à 240 min étaient pratiquement égales à celles de la ligne de base (tableau 4), ce qui indique qu’il n’y a pas de changement dans le liquide extracellulaire. A notre connaissance, aucune étude n’a mesuré la u-AQP2 après une perfusion de glucose. Une étude sur des sujets sains a montré, qu’après une charge hydrique orale de 20 mL/kg pendant 15 minutes (apport moyen de 1605 ml), l’u-AQP2 diminuait de 17% après 210 minutes . Dans une étude récente, des sujets ont reçu une charge hydrique orale de 20 ml/kg pendant 15 minutes (consommation moyenne de 1389 ml), ce qui a entraîné une diminution de 27 % de la PQA2 après 240 minutes. L’osmolarité du plasma et la p-AVP ont toutes deux diminué. Ainsi, il a été démontré que l’u-AQP2 est réduite pendant la diurèse hydrique après l’ingestion d’eau par voie orale.
Dans notre étude, les sujets ont reçu une moyenne de 1736 ml de glucose IV. Dans la dernière période post-infusion, la réponse aquarétique attendue s’est produite, avec une diminution de 16% de l’u-AQP2cr, une diminution de l’u-osm et une augmentation de l’UO et du CH2O. L’osmolarité plasmatique a diminué de 285 mosm/kg à 280 m0sm/kg, soit une baisse de 2 %, mais sans réduction concomitante de la p-AVP. Nos résultats indiquent une réduction de la réabsorption de l’eau via les canaux à eau aquaporine-2 dans les tubules distaux après une perfusion de glucose isotonique. L’absence de changement de la p-AVP pourrait tout d’abord s’expliquer par le fait que les sujets avaient reçu 1225 ml de charge hydrique orale avant le début de la perfusion, ce qui aurait pu supprimer l’AVP dans les périodes de base précédentes. Deuxièmement, les mesures de la concentration de p-AVP peuvent ne pas être assez sensibles pour détecter une petite diminution. Le peptide Apelin, découvert récemment, pourrait également jouer un rôle. L’apeline est colozalisée avec l’AVP dans les neurones magnocellulaires de l’hypothalamus. Chez des volontaires masculins en bonne santé, la diminution de l’osmolarité du plasma par une charge d’eau réduit modestement la p-AVP, mais la p-Apeline augmente rapidement. La régulation de l’apéline est opposée à celle de l’AVP et les données suggèrent que l’apéline, comme l’AVP, pourrait participer à la régulation de l’homéostasie de l’eau. Nous n’avons pas mesuré la p-Apeline, mais il aurait pu être intéressant d’étudier l’apeline plasmatique en parallèle avec la p-AVP dans des conditions d’expansions volumiques différentes.
Donc, dans la dernière période post-infusion, l’u-AQP2 a augmenté approximativement dans la même mesure après les infusions salines hypertoniques et isotoniques, alors qu’une chute marquée a été observée après l’infusion de glucose isotonique. Une explication possible du retard dans les changements de l’u-AQP2 pourrait être qu’il faut quelques minutes pour que les changements de l’AVP agissent sur la cellule principale, soit par l’insertion ou le retrait de l’AQP2 de la membrane apicale, mais il faut plusieurs minutes avant que l’effet soit vu dans l’excrétion de l’u-AQP2 dans l’urine.
U-ENaCγ après perfusion de solution saline hypotonique et isotonique et de glucose isotonique
Le transport du sodium à travers le canal collecteur se produit par le canal sodique épithélial et est responsable de la réabsorption de 3 à 5 % du sodium filtré . ENaC est composé de trois sous-unités distinctes : α, β et γ et localisé à la membrane plasmique apicale des cellules principales . ENaC est une cible de l’aldostérone qui agit sur le récepteur des minéralocorticoïdes. L’aldostérone augmente le transport du sodium en redistribuant les sous-unités ENaC des emplacements intracellulaires vers la membrane apicale et en modifiant la transcription des gènes. Alors que l’action de l’aldostérone se produit pendant des heures ou des jours, une autre voie synergique implique l’AVP . Dans les canaux collecteurs corticaux des rats, l’AVP se lie aux récepteurs V2, stimule l’AMPc et augmente la réabsorption du sodium en favorisant le trafic et l’insertion des ENaC dans la membrane apicale, induisant un changement rapide de l’activité des canaux. Des études récentes chez l’homme ont démontré que l’AVP, via les récepteurs V2, stimule la réabsorption du sodium médiée par ENaC à travers les cellules principales .
Des fractions d’ENaC sont normalement excrétées dans l’urine. La quantité de fractions ENaC est censée refléter l’activité du transport de sodium via les canaux sodiques épithéliaux tout comme u-AQP2 reflète l’état fonctionnel des canaux hydriques AQP2. Récemment, notre groupe a introduit une nouvelle méthode pour évaluer la réabsorption du sodium dans les cellules principales des tubules distaux. Lauridsen et al ont démontré une corrélation significative entre les changements de l’excrétion urinaire de sodium et les changements de l’excrétion urinaire de la fraction bêta (u-ENaCβ) chez les humains sains . Apparemment, u-ENaCβ peut être utilisé comme biomarqueur pour le transport du sodium via ENaC. Dans la présente étude, nous avons mesuré la fraction gamma de la protéine des canaux sodiques épithéliaux pour évaluer la régulation vers le haut et vers le bas de l’expression de γ-ENaC et du transport du sodium via ENaC, comme précédemment rapporté par notre groupe .
Le symporteur sodium-chlorure (NCC) dans les tubules convolutés distaux (DCT) est comme une autre voie majeure de réabsorption du sodium. La réabsorption du sodium dans le TCD est essentielle pour définir la quantité de sodium délivrée aux principales cellules du canal collecteur. Il est largement admis que le DCT est régulé par l’Ang II et l’aldostérone . Des études ont également montré qu’un taux élevé d’AVP augmente la phosphorylation du NCC et entraîne vraisemblablement une plus grande réabsorption du sodium .
Des études expérimentales sur des animaux ont démontré qu’une solution saline isotonique et hypertonique IV réduisait la réabsorption du sodium dans les tubules proximaux, et augmentait ainsi la quantité de sodium dans l’urine . Andersen LJ et al ont étudié les effets de la solution saline hypertonique et isotonique chez des sujets sains suivant un régime alimentaire contrôlé. Les sujets ont reçu une charge de sodium par voie IV, soit 25 ml/kg de solution saline isotonique, soit 4,5 ml/kg de solution saline hypertonique à 3 % pendant 90 minutes. L’excrétion urinaire de sodium a augmenté avec la solution saline isotonique et hypertonique, la natriurèse après la solution saline hypertonique étant supérieure à celle après la solution saline isotonique. Le sodium plasmatique et l’osmolarité plasmatique ont considérablement augmenté après l’administration de la solution saline hypertonique, tout comme la p-AVP. Notre étude a montré qu’une perfusion de NaCl à 3 % augmentait u-ENaCγ, FENa, p-Osm, p-Na et p-AVP. Ainsi, nos résultats reflètent une augmentation de la réabsorption du sodium via ENaC dans les cellules principales, et confirment en outre les résultats d’Andersen et al . L’augmentation de u-ENaCγ pourrait en partie s’expliquer par une diminution considérable de l’absorption rénale de sodium à l’extrémité proximale du néphron, compensée et ajustée par une augmentation de l’absorption dans la partie distale. Cependant, l’augmentation de p-AVP observée immédiatement après l’infusion de NaCl à 3% pourrait également indiquer que l’augmentation de u-ENaCγ est causée par des actions de l’AVP. Une augmentation du mouvement du sodium de la lumière vers la cellule via ENaC devrait théoriquement entraîner une sécrétion de potassium par les canaux ROMK . De manière surprenante, nous avons mesuré une chute de l’excrétion de potassium dans l’urine. Ceci pourrait plaider contre un rôle majeur du transport de sodium médié par ENaC. Si la NCC augmente la réabsorption du sodium, à la fois pour compenser une diminution de la réabsorption proximale et en raison d’une p-AVP élevée, alors moins de sodium serait transporté par ENaC et donc la sécrétion de potassium n’aurait pas lieu. Un rôle possible de l’ENaC après une infusion de solution saline hypertonique est purement spéculatif car nous n’avons pas mesuré l’activité de l’ENaC. Peut-être n’avons-nous pas vu l’effet positif sur la sécrétion de potassium dans nos limites de temps. Cependant, le transport du potassium est complexe et les facteurs modulant le transport du potassium, tels que l’altération du flux tubulaire et l’aldostérone, sont nombreux.
Après une expansion volumique avec une solution saline isotonique, la pression oncotique est légèrement réduite, ce qui entraîne une augmentation immédiate du DFG et une plus petite réabsorption d’eau dans le tubule proximal. Nous avons mesuré une petite augmentation du GFR et du débit d’UO. L’excrétion de sodium a augmenté, mais u-ENaCγ, p-Na, p-osm et p-AVP sont restés inchangés, les résultats sont donc conformes à nos attentes. En ce qui concerne la CCN, on ne s’attendrait pas à un changement de la réabsorption du sodium médiée par la CCN pendant l’administration d’une solution saline isotonique.
Aucune étude n’a jamais évalué u-ENaCγ pendant la diurèse hydrique. Dans notre étude, nous avons mesuré une tendance à la réduction de u-ENaCγ après la perfusion de glucose, reflétant une petite réduction de la réabsorption du sodium via ENaC dans la cellule principale. Comme mentionné précédemment, nous avons mesuré une chute de 2% de la p-osmolalité après la perfusion de glucose, ce qui devrait théoriquement déclencher une diminution de l’AVP. Nous n’avons pas détecté de chute de la p-AVP, probablement en raison d’une faible p-AVP causée par une charge hydrique orale préalable ou du fait que les mesures de la concentration de p-AVP ne sont peut-être pas assez sensibles pour détecter de petits changements. On pourrait émettre l’hypothèse que la diminution de u-ENaCγ pourrait être due à un manque de liaison de l’AVP aux récepteurs V2 dans la membrane basolatérale de la cellule principale. L’absence de stimuli AVP conduit à une endocytose accrue des canaux ENaC de la surface de la membrane dans des vésicules de recyclage, ce qui diminue la réabsorption du sodium.
Donc, dans la dernière période post-infusion, u-ENaCγ a augmenté de façon marquée après une infusion de solution saline hypertonique, était approximativement au même niveau après une solution saline isotonique et a diminué ou avait tendance à diminuer en réponse à une infusion de glucose. L’augmentation du p-osm et du p-AVP a été observée immédiatement après l’arrêt de la perfusion de NaCl 3%. Le retard et le niveau constant de u-ENaCγ après une solution saline hypertonique pourraient être expliqués par le fait qu’il faut quelques minutes pour augmenter le trafic des dépôts intracellulaires des canaux ENaC dans la membrane apicale mais plusieurs minutes pour excréter les ENaC dans l’urine après une stimulation par l’AVP.
Hormones vasoactives
En plus de l’AVP, le système rénine-angiotensine-aldostérone (SRAA) est un régulateur clé de l’excrétion rénale du sodium et donc du volume des fluides corporels. Il est bien connu que la déplétion sodique active et que la charge sodique chronique réduit le SRAA . Des études in vitro et in vivo ont montré que l’aldostérone stimule le récepteur minéralocorticoïde à une transcription accrue des gènes codant les protéines impliquées dans le transport du sodium, c’est-à-dire ENaC et Na,K-ATPase.
De nombreuses études sur les changements de volume sanguin ont démontré que les changements aigus sont associés à des ajustements inverses du système rénine-angiotensine-aldostérone . Dans la présente étude, l’expansion du volume avec une solution saline à 3 % et à 0,9 % a entraîné une réduction similaire et significative de la CRP, de la p-AngII et de l’Aldo, ce qui correspond à une augmentation du volume extracellulaire. Ceci est en accord avec les études précédentes.
Après la perfusion de glucose, nous n’avons mesuré aucun changement significatif dans la CRP, p-AngII ou p-Aldo. Ceci était attendu, car la perfusion de glucose ne provoque pas de changement marqué du volume extracellulaire. Notre étude n’a pas été conçue pour permettre d’éventuels effets régulateurs de l’aldostérone car l’action de l’aldostérone se produit sur plusieurs heures ou jours. Par conséquent, d’autres facteurs doivent être impliqués dans la régulation de l’ENaC.
Forts et limites
Le principal atout de cette étude était la conception en tant qu’étude croisée randomisée avec un groupe homogène de jeunes hommes et femmes en bonne santé. Les conditions de test étaient très bien définies en ce qui concerne le régime alimentaire, l’apport en sodium et en liquides. Ainsi, les résultats ne sont pas faussés par un équilibre différent en sel ou en eau. Cette étude n’a exploré que les effets aigus de l’expansion du volume. Il ne fait aucun doute que nous aurions pu obtenir davantage d’informations concernant les effets à long terme de l’expansion du volume et l’excrétion urinaire d’AQP2 et d’ENaCγ si la période post-infusion avait été plus longue. En outre, l’étude n’était pas contrôlée par placebo, au moyen d’une perfusion avec une quantité négligeable de solution saline à 0,9 %. Cela aurait pu permettre de distinguer les effets de l’expansion volumique de la variabilité globale de la réabsorption d’eau et de sel. Dans cette étude, il n’a pas été possible d’effectuer des mesures de la PNA. Cela aurait pu apporter une contribution positive à nos résultats.